Drukuj


LABORATORIUM FOTOWOLTAICZNE (L-9)

Posiadane uprawnienia:

Zakres akredytacji Laboratorium Badawczego Nr AB 120
wydany przez Polskie Centrum Akredytacji Wydanie nr 12 z 7 lipca 2015r.



Kierownik laboratorium

Wykonujący badania

dr hab Marek Lipiński, prof. PAN

Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

 

dr inż. Kazimierz Drabczyk (z-ca kierownika)

Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

dr inż. Grażyna Kulesza-Matlak

dr Piotr Panek
dr inż. Zbigniew Starowicz


Adres:

Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego Polskiej Akademii Nauk,
ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków,
tel. centr.: 12 295 28 98; fax: 12 295 28 04
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć. ,
www: http://www.imim.pl

Laboratorium Fotowoltaiczne
ul. Krakowska 22, 43-340 Kozy,
tel.: 338174249

Aparatura:

Symulator do pomiaru parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych
Model: Quick Sun 820A Producent: Endeas.

Symulator przeznaczony jest do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej oraz wynikających z niej parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych. Urządzenie składa się z najwyższej jakości źródła światła w postaci błyskowej lampy ksenonowej, która pozwała podczas pomiaru oświetlić moduł światłem zbliżonym do promieniowania słonecznego. Lampa ta zasilana jest z generatorów błysku, które pozwalają na przekazanie energii odpowiedniej dla badań prowadzonych w warunkach STC (Standard Test Conditions). Urządzenie wyposażone jest w jednostkę centralną pozwalającą na sterowanie błyskiem oraz akwizycję danych. Za obróbkę danych uzyskanych podczas pomiaru odpowiedzialne jest oprogramowanie firmy Endeas. Dodatkowo całe urządzenie jest wyposażone w specjalną klatkę testową, pozwalająca na prowadzenie pomiarów w całkowitym zaciemnieniu oraz czujnik podczerwieni do bezkontaktowego pomiaru temperatury modułu.
Poszczególne elementy systemu pomiarowego przedstawiono schematycznie na rysunku nr 1.

 

image of QuickSun 800-series

 

Rys. 1. Schemat systemu pomiarowego, symulatora do pomiaru parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych.

Podczas pomiarów parametrów modułu stosuje się połączenie w oparciu o 4-sondową zasadę pomiaru, pozwala ona mierzyć poprawnie parametry elektryczne modułów fotowoltaicznych z pominięciem strat napięcia związanych z oporem kabli i złączy.
Kompletne charakterystyki prądowo-napięciowe rejestrowane są podczas jednego błysku przy zadanym poziomie intensywności promieniowania, gdy moduł jest połączony elektrycznie z obwodem pomiarowym. Możliwe jest przeprowadzenie badań w warunkach STC (1000 W/m2) oraz dla dowolnej mocy promieniowania z zakresu 200 do 1000 W/m2 dla widma AM 1.5.

Uzyskane wyniki przedstawiane są w formie liczbowej oraz graficznej. Liczbowo wyznaczane są:
ISC - prąd zwarcia modułu,
IMP - prąd w punkcie mocy maksymalnej,
VOC - napięcie obwodu rozwartego,
VMP - napięcie w punkcie mocy maksymalnej,
PM - moc maksymalna,
FF - współczynnik wypełnienia charakterystyki,
Eff - sprawność konwersji promieniowania.
Ponadto numerycznie wyznaczane są takie parametry jak:
RS - rezystancja szeregowa
RSH - rezystancja równoległa

Numeryczny i graficzny wynik pomiaru przedstawiono na rysunku nr 2.

 


Rys. 2. Okno pomiarowe programu przedstawiające wynik pomiaru modułu.

Symulator światła słonecznego pracuję w klasie pomiarowej AAAA określonej zgodnie z normą IEC 60904-09, ed. 2. Podstawowe parametry techniczne symulatora oraz parametry składające się na klasę pomiarową AAAA przedstawiono w tabeli nr 1.

Parametr
Wartość (klasa pomiarowa) 
 Maksymalny rozmiar modułu [cm x cm]
 200 x 120
 Ilość pomiarów w czasie 1 h 120
 Rozmiar klatki pomiarowej [cm x cm x cm] 465 × 240 × 250
 Czas trwania impulsu lampy [ms] 15
 Zakres natężenia promieniowania [W/m2] 200 ÷ 1000
 Żywotność lampy [błysk] 40 000
 Spectrum < ± 25%  (A)
 Non-Uniformity < ±2% (A)
 Short term instability (STI) < 0,5% (A)
 Long term instability (LTI) < ±2% (A)


Przygotowanie próbek do badań:
Dopuszczalny jest pomiar modułów fotowoltaicznych wykonanych z ogniw na bazie krzemu monokrystalicznego i polikrystalicznego, a także modułów cienkowarstwowych na bazie krzemu amorficznego.
Laboratorium wykonuje badania na modułach fotowoltaicznych dostarczonych przez Klienta. W trakcie uzgadniania warunków wykonania zamówienia Klient zostaje poinformowany o wymaganiach dotyczących modułów oraz sposobu ich przygotowania do badań.
Moduł fotowoltaiczny do badań powinien posiadać rozmiary nie większe niż : 200 x 120 cm.


Symulator słoneczny wraz z systemem pomiarowym charakterystyk I-V ogniw słonecznych
Symulator słoneczny: Model SS 200AAA
Producent: Photo Emission Tech Inc.
System pomiarowy charakterystyk I-V: „Solar cell I-V curve tracer" model SS I-V CT-02" oraz dodatkowa jednostka „Auxillary Unit" model AxU ver. 2
Producent: PV test Solutions Tadeusz Żdanowicz

Symulator słoneczny wraz z systemem pomiarowym charakterystyk I-V jest przeznaczony jest do pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych ogniw fotowoltaicznych w warunkach STC (Standard Test Conditions) oraz NOCT (Nominal Operating Cell Temperature Conditions) wg normy europejskiej o numerze IEC 61853-1. Wszystkie elementy systemu pomiarowego przedstawiono na rysunkach nr 3-5. System pomiarowy spełnia wymagania normy IEC 60904-1.
Źródłem światła jest wyładowcza lampa ksenonowa o mocy 1430 W. Światło to po przejściu przez filtr („Air Mass Filter") oraz układ optyczny ma rozkład widmowy zbliżony do AM1.5G oraz jednorodnie oświetla stolik pomiarowy.
Zastosowana cztero-sondowa zasada pomiaru (metoda Kelvina), jest niezbędna, aby mierzyć poprawnie parametry elektryczne ogniw fotowoltaicznych bez strat napięcia związanych z oporem kabli i złączy. Oznacza to, że dwie osobne sondy niezbędne są do przepływu prądu przez ogniwo, podczas gdy pozostałe używane są do pomiaru napięcia w ogniwie. W symulatorze sondą prądową przykładaną do tylnej powierzchni ogniwa jest polerowany stolik mosiężny platerowany złotem. Wewnątrz stolika, w jego centralnej części, znajdują się dwie sondy napięciowe pokryte złotem jednocześnie izolowane od całego stolika, przykładane do tylnej powierzchni ogniwa. Kontakt z przednią powierzchnią ogniwa jest realizowany przez 4 teleskopowe sondy prądowo-napięciowe pokryte złotem lub przez system wielu sond (multi-pin) mocowanych do ramy aluminiowej jak pokazano na Rys. 4.
Temperatura stolika jest kontrolowana przez grzewczo-chłodzący kontroler w zakresie
~0-60°C, który zasila cztery ogniwa Peltiera o maksymalnej całkowitej mocy 280 W umieszczone na tylnej powierzchni stolika. W zależności od kierunku przepływającego prądu ogniwa te ogrzewają lub chłodzą stolik.
System pomiarowy I-V pozwala na pomiar zarówno jasnych jak i ciemnych charakterystyk prądowo-napięciowych. Charakterystyka jasna I-V realizowana jest dla stabilnego światła o zadanej intensywności. Wynikiem pomiaru jest charakterystyka I-V w postaci graficznej (Rys. 6) i zbioru danych liczbowych ASCII oraz parametry ogniwa:

ISC - natężenie prądu zwarciowego,
IMP - current in the maximum power point,
VOC - open circuit voltage,
VMP - voltage in the maximum power point,
PM - maximum power,
FF - fill factor,
Eff - photovoltaic conversion efficiency.
In addition, there are numerically determined parameters such as:
RS - series resistance
RSH - shunt resistance

W celu dokładnego wyznaczenia rezystancji szeregowej można zastosować procedurę opisaną w standardzie IE60891. Procedura ta wymaga zmierzenia dwóch krzywych I-V dla dwóch różnych natężeń oświetlenia ogniwa. Ponadto uzyskane dane I-V mogą być poddane dodatkowej analizie przy użyciu programu, który dopasowuje trzy modele zastępcze ogniwa słonecznego (SEM, DEM, VDEM) do danych eksperymentalnych. W wyniku otrzymuje się parametry diody takie jak ciemny prąd nasycenia, współczynnik jakości diody, rezystancja szeregowa i równoległa.

 

 Rys. 3. Widok całego systemu pomiarowego wraz z symulatorem światła słonecznego do pomiaru
charakterystyki prądowo-napięciowych (I-V).

 



 Rys. 4. Stolik pomiarowy z sondami pomiarowymi (multi-pin).

 

 

 Rys.5. Kontroler grzewczo-chłodzący (a) i układ sterujący systemu pomiarowego („Solar cells I-V curve tracer SSI-VCT-02") wraz jednostką uzupełniającą AxU ver. 2 i z miernikiem Keithley 2401 (b).

 

 

 

Rys. 6. Jasna charakterystyka prądowo-napięciowa przykładowego ogniwa słonecznego.

>System pomiarowy SS I-V CT-02 służy do pomiaru ogniw słonecznych, których prądy zwarciowe mogą być w szerokim zakresie od 100 µA do 15 A. Dodatkowa jednostka AxU ver. 2 wraz z miernikiem Keithley 2401 jest specjalnie przystosowana do pomiaru ogniw organicznych i barwnikowych charakteryzujących się bardzo małymi prądami zwarciowymi rzędu nanoamperów.
Do pomiaru ogniw testowych organicznych służy specjalna podstawka firmy Ossila, która umożliwia umocowanie i uzyskanie elektrycznego kontaktu do ogniw w postaci pikseli (6 pikseli) o rozmiarze 1,5 mm x 3 mm. Podstawkę podłącza się do systemu pomiarowego charakterystyk I-V przy pomocy gniazda BNC.
Do pomiaru ogniw krzemowych oraz ogniw barwnikowych i organicznych używane są certyfikowane ogniwa wzorcowe zmierzone w Instytucie ISE Fraunhofer dla warunków STC. Są to trzy krzemowe ogniwa monokrystaliczne 2x2cm2: bez filtra do pomiaru ogniw krzemowych oraz z filtrem KG-3 i z filtrem KG-5 do pomiaru ogniw organicznych i barwnikowych.

Symulator światła słonecznego pracuje w klasie pomiarowej AAA określonej zgodnie z normą IEC 60904-09, ed. 2. Podstawowe parametry techniczne symulatora oraz parametry składające się na klasę pomiarową AAA przedstawiono w tabeli nr 2.

 Parametr
 Wartość (klasa pomiarowa)
 Maksymalny rozmiar ogniwa [cm x cm] 20x20
 Moc lampy 1,43kW
 Współczynnik AM (Air Mass)1,5G
 Zakres natężenia promieniowania [W/m2] 800 ÷ 1000 ± 15%
 Zakres pomiaru napięcia ±10 V
 Maksymalny zakres pomiaru natężenia prądu ±20 A
 Klasa symulatora (AAA)
 Klasa dopasowania spektrum światła < ± 25% (A)
 Klasa niejednorodności natężenia promieniowania < ±2% (A)
 Klasa niestabilności krótko-czasowej (STI) < 2% (A)

Przygotowanie próbek do badań:

Dopuszczalny jest pomiar ogniw fotowoltaicznych na bazie krzemu monokrystalicznego i polikrystalicznego, oraz ogniwa polimerowe i organiczne.

Laboratorium wykonuje badania na ogniwach fotowoltaicznych dostarczonych przez Klienta. W trakcie uzgadniania warunków wykonania zamówienia Klient zostaje poinformowany o wymaganiach dotyczących ogniw oraz sposobu ich przygotowania do badań.

Ogniwo fotowoltaiczne do badań powinno posiadać rozmiary nieprzekraczające 20 x 20 cm.


Spektrofotometr UV-VIS-NIR wraz ze sferą całkującą 150 mm PbS
Model: Lambda 950 S
Producent: Perkin Elmer

Spektrofotometr Lambda 950 S (Fig. 7) przeznaczony jest do pomiarów parametrów optycznych: współczynnika odbicia, współczynnika transmisji, materiałów w stanie stałym oraz ciekłym w zakresie od 200 - 2500 nm. 

 

Rys. 7. Widok spektrofotometru UV-VIS-NIR Lambda 950S

 

Poszczególne komponenty systemu pomiarowego przedstawiono na rysunku nr 8.

 


Rys. 8. Schemat spektrofotometru Lambda 950S.

1 - Źródło światła          6 - Attenuator wiązki pomiarowej i referencyjnej
2 - Monochromator        7 - Pokrywa zamykająca
3 - Maska                      8 - Detektory PMT i PbS
5 - Chopper                  9 - Sfera całkująca

Urządzenie nie jest wyposażone w elementy oznaczone punktami 4 i 10.

Spektrofotometr Lambda 950S wyposażony jest w sferę całkującą o średnicy 15 cm pozwalającą na pomiar całkowitego odbicia i transmisji oraz ich składowych rozproszonych w zakresie 200-2500 nm. Podstawowe zasady pomiaru powyższych parametrów zostały przedstawione na rysunku nr 9. Spektrofotometr posiada dwa źródła światła: lampę deuterową i wolframową oraz dwa detektory (PMT i PbS).

Rys. 9. Schemat pomiaru całkowitego odbicia i transmisji oraz ich składowej dyfuzyjnej.

Próbki do pomiaru umieszcza się przed (transmisja) lub za (odbicie) sferą całkującą, natomiast próbki w stanie ciekłym umieszczane są w oddzielnej komorze na kuwety. Dodatkowo, dzięki specjalnej przystawce, możliwy jest pomiar odbicia przy różnych kątach padania wiązki pomiarowej na płaszczyznę próbki. Szybka analiza widm jest możliwa za pomocą zainstalowanego programu UV VinLab. Wszystkie pomiary odbywają się przy użyciu certyfikowanego przez Perkin Elmer wzorca bieli o nazwie technicznej Spektralon.
Urządzenie posiada deklarację spełnienia wszystkich wymagań jakości potwierdzoną certyfikatem testowym zgodnie z wymaganiami systemu zarządzania jakości zgodnie z normą ISO 9001.
Tabela 3. Parametry Spektrofotometru Lambda 950 S:

 Parameter
 Wartość
 Zakres długości fali 200 ÷ 2500 nm
 Źródła światła lampa deuterowa i lampa wolframowa, automatycznie przełączane w zależności od używanego zakresu widma
 Układ optyczny dwuwiązkowy z przesłoną wiązki promieniowania o częstotliwości pracy co najmniej 45 Hz
 Sfera całkująca średnica sfery 150 mm dostosowana do pomiaru promieniowania odbitego i rozproszonego w zakresie 200 ÷ 2500 nm
 Detektory fotopowielacz dla zakresu UV/VIS oraz chłodzony systemem Peltiera detektor PbS dla zakresu NIR
 Rozdzielczość dla zakresu UV/VIS ≤ 0,05 nm
 Rozdzielczość dla zakresu NIR ≤ 0,20 nm
 Dokładność długości fali dla zakresu UV/VIS ≤ ± 0,08 nm
 Dokładność długości fali dla zakresu NIR ≤ ± 0,3 nm

Przygotowanie próbek do badań:

Laboratorium wykonuje badania na próbkach dostarczonych przez Klienta. W trakcie uzgadniania warunków wykonania zamówienia Klient zostaje poinformowany o dalszych wymaganiach dotyczących próbek i ich przygotowania do badań.

Dopuszczalny jest pomiar dowolnych próbek o wymiarach minimum 2,5 cm średnicy, ewentualnie mniejszych po uzgodnieniu z kierownikiem laboratorium.

Każdy kto jest zainteresowany współpracą uprzejmie proszony jest o kontakt z:

Kierownik laboratorium L-9:
dr hab. Marek Lipiński, prof. PAN
tel: 33 817 42 49 e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć. lub Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.